论文部分内容阅读
摘 要：设计了一个基于TMS320F28335芯片的数据采集系统，给出了调理电路、硬件电路及软件的设计流程。本系统采用开发板自带的AD转换器和USB总线进行数据的采集与传输，具有实时性，采样速率高，处理能力强等特点。
关键字：TMS320F28335；数据采集；USB总线
数据采集系统广泛应用于农业、工业、军事、商业、家用电器等行业，在众多的开发平台中，DSP以其高速的运行速度、良好的硬件结构、适合运算的硬件组成等优势，在数据采集、处理等领域独树一帜，适合于高速、高精度数据的采集、处理。本系统采用美国TI公司最新推出的具有很高的信号处理和控制功能的32位高性能浮点芯片TMS320F28335；数据采集方面采用开发板自带的内置16路12位AD转换器；在数据传输方面采用了Cypress公司的CY7C68001芯片实现USB2.0接口，以达到高速传输数据的目的。
1 TMS320F28335介绍
TMS320F28335是TI公司新近推出的32位高性能浮点数字信号处理器，具有很强的信号处理及控制功能，主要特征如下：
(1)高性能的静态CMOS技术，其指令周期为6.67ns，主频达到150MHz；采用低功耗设计，内核电压为1.9V；
(2)高性能的32为CPU，采用哈佛总线结构模式，具有快速的中断响应和中断处理能力，编程可兼容C/C++语言及汇编语言；
(3)存储空间：256K×16位的片上Flash，34K×16位SARM，8K×16位的Boot ROM，1K×16位的OTP ROM，其中Flash、SARM、OTP ROM受密码保护，保护用户程序；
(4)具有丰富的外设资源：2×8通道的、12位、80ns转换时间、0～3V量程的ADC转换器；3通道的SCI异步串口；1通道的SPI同步串口；2通道的McBSP同步串口；2通道的eCAN总线；1通道的I2C总线；6通道的DMA；外扩RTC实时时钟，支持动态PLL调节；支持58个外设中断的外设中断扩展控制器PIE，管理片上外设和外部引脚产生的中断请求；3个32位定时器，定时器0与1用做一般的定时器，定时器0接PIE中断，定时器1接INT13，定时器2用于DSP/BIOS的片上实时系统连接到INT14；符合USB2.0标准的高速USB接口，最高传输速率为480Mb/s。
在使用ADC转换器时，注意输入的模拟信号电压要在0～3V的范围内，否则容易烧坏ADC转换器。
2 硬件电路设计
2.1 调理电路设计
从传感器检测到的信号是电荷信号，经过电荷放大器转换为电压信号，一般情况下测得是很微弱的信号并且还夹杂很强的电磁干扰，所以在进入采集系统之前必须进行信号的放大、滤波去噪处理。信号流程图如图1所示；电荷放大器原理图如图2所示；有源带通滤波电路如图3所示；放大电路如图4所示。
2.2 AD采集电路
调理后的信号经过多路模拟开关控制选择一路进入AD转换电路。本系统采用开发板自带的12位A/D转换器，前端为2个8选1 多路切换器和2路同时采样/保持器，构成16个模拟输入通道，模拟通道的切换由硬件自动控制，并将各模拟通道的转换结果顺序存入16个结构寄存器中，在25MHz的AD时钟下为80ns的转换率，可以在每次转换结束或每隔一次转换结束出发中断。
2.3 USB接口电路
经AD转换后的数字信号被TMS320F28335处理后，通过USB2.0接口传给PC机，然后按照需求对信号进行相应的后续处理。本系统采用Cypress公司的CY7C68001芯片实现USB2.0接口。CY7C68001芯片内有4K字节的同步与异步FIFO资源；具有内部锁相环；支持控制节点0，用于处理USB传输的申请；符合USB2.0标准，最高速可达480Mbps。CY7C68001与TMS320F28335的连接电路如图5所示。
3 软件设计
数据采集系统的软件设计包括DSP初始化、AD采集、数据处理、USB传输，软件设计主要在CCS3.3的集成开发环境下调试完成的。
3.1 AD采集设计
从传感器接收到信号经放大、滤波后进入AD采集电路，AD采集软件流程为：关总中断，然后进行DSP系统初始化；设置PIE中断矢量表；初始化ADC模块；软件启动ADC转换；等待ADC中断，进入中断服务子程序；将处理后的信息通过USB接口传输给PC机，如此反复直到将所有数据采集完毕为止。软件流程图如图6所示。
3.2 USB接口设计
AD采集到的信号要通过USB接口与PC机进行传输，本系统采用的是CY7C68001芯片。CY7C68001有两种自举方式：EEPROM自举和通过DSP自举，通常情况下采用EEPROM来进行USB的初始化。而USB程序的编写主要分为两个部分：PC机驱动程序的编写；DSP与USB数据与命令的交换。
通过USB接口传输过来的信号存储在PC机上，方便后续处理。
4 结束语
系统采用TMS320F28335作为处理器，采用开发板自带的AD转换器及USB2.0接口，很方便的存储数据。本系统具有采样速率高、传输速度快、处理能力强等特点，能满足某些场合数据采集处理的要求，具有一定的应用价值。
参考文献
[1] SEED-DEC28335用户指南(Rev[1].A)[M].Texas Instruments
[2] 刘向宇. DSP嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲[M].电子工业出版社，2009.7.
[3] 徐科军，陶维青，汪海宁等.DSP及其电气与自动化工程应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.9.
[4] 苏奎峰，吕强，常天庆，张永秀. TMS320X281X DSP原理及C程序开发[M].北京航空航天大学出版社，2008.2.
作者简介
李兵祥(1983-)，男，山东临沂，西安石油大学在读硕士研究生。主要研究方向：工程测试技术。
关键字：TMS320F28335；数据采集；USB总线
数据采集系统广泛应用于农业、工业、军事、商业、家用电器等行业，在众多的开发平台中，DSP以其高速的运行速度、良好的硬件结构、适合运算的硬件组成等优势，在数据采集、处理等领域独树一帜，适合于高速、高精度数据的采集、处理。本系统采用美国TI公司最新推出的具有很高的信号处理和控制功能的32位高性能浮点芯片TMS320F28335；数据采集方面采用开发板自带的内置16路12位AD转换器；在数据传输方面采用了Cypress公司的CY7C68001芯片实现USB2.0接口，以达到高速传输数据的目的。
1 TMS320F28335介绍
TMS320F28335是TI公司新近推出的32位高性能浮点数字信号处理器，具有很强的信号处理及控制功能，主要特征如下：
(1)高性能的静态CMOS技术，其指令周期为6.67ns，主频达到150MHz；采用低功耗设计，内核电压为1.9V；
(2)高性能的32为CPU，采用哈佛总线结构模式，具有快速的中断响应和中断处理能力，编程可兼容C/C++语言及汇编语言；
(3)存储空间：256K×16位的片上Flash，34K×16位SARM，8K×16位的Boot ROM，1K×16位的OTP ROM，其中Flash、SARM、OTP ROM受密码保护，保护用户程序；
(4)具有丰富的外设资源：2×8通道的、12位、80ns转换时间、0～3V量程的ADC转换器；3通道的SCI异步串口；1通道的SPI同步串口；2通道的McBSP同步串口；2通道的eCAN总线；1通道的I2C总线；6通道的DMA；外扩RTC实时时钟，支持动态PLL调节；支持58个外设中断的外设中断扩展控制器PIE，管理片上外设和外部引脚产生的中断请求；3个32位定时器，定时器0与1用做一般的定时器，定时器0接PIE中断，定时器1接INT13，定时器2用于DSP/BIOS的片上实时系统连接到INT14；符合USB2.0标准的高速USB接口，最高传输速率为480Mb/s。
在使用ADC转换器时，注意输入的模拟信号电压要在0～3V的范围内，否则容易烧坏ADC转换器。
2 硬件电路设计
2.1 调理电路设计
从传感器检测到的信号是电荷信号，经过电荷放大器转换为电压信号，一般情况下测得是很微弱的信号并且还夹杂很强的电磁干扰，所以在进入采集系统之前必须进行信号的放大、滤波去噪处理。信号流程图如图1所示；电荷放大器原理图如图2所示；有源带通滤波电路如图3所示；放大电路如图4所示。
2.2 AD采集电路
调理后的信号经过多路模拟开关控制选择一路进入AD转换电路。本系统采用开发板自带的12位A/D转换器，前端为2个8选1 多路切换器和2路同时采样/保持器，构成16个模拟输入通道，模拟通道的切换由硬件自动控制，并将各模拟通道的转换结果顺序存入16个结构寄存器中，在25MHz的AD时钟下为80ns的转换率，可以在每次转换结束或每隔一次转换结束出发中断。
2.3 USB接口电路
经AD转换后的数字信号被TMS320F28335处理后，通过USB2.0接口传给PC机，然后按照需求对信号进行相应的后续处理。本系统采用Cypress公司的CY7C68001芯片实现USB2.0接口。CY7C68001芯片内有4K字节的同步与异步FIFO资源；具有内部锁相环；支持控制节点0，用于处理USB传输的申请；符合USB2.0标准，最高速可达480Mbps。CY7C68001与TMS320F28335的连接电路如图5所示。
3 软件设计
数据采集系统的软件设计包括DSP初始化、AD采集、数据处理、USB传输，软件设计主要在CCS3.3的集成开发环境下调试完成的。
3.1 AD采集设计
从传感器接收到信号经放大、滤波后进入AD采集电路，AD采集软件流程为：关总中断，然后进行DSP系统初始化；设置PIE中断矢量表；初始化ADC模块；软件启动ADC转换；等待ADC中断，进入中断服务子程序；将处理后的信息通过USB接口传输给PC机，如此反复直到将所有数据采集完毕为止。软件流程图如图6所示。
3.2 USB接口设计
AD采集到的信号要通过USB接口与PC机进行传输，本系统采用的是CY7C68001芯片。CY7C68001有两种自举方式：EEPROM自举和通过DSP自举，通常情况下采用EEPROM来进行USB的初始化。而USB程序的编写主要分为两个部分：PC机驱动程序的编写；DSP与USB数据与命令的交换。
通过USB接口传输过来的信号存储在PC机上，方便后续处理。
4 结束语
系统采用TMS320F28335作为处理器，采用开发板自带的AD转换器及USB2.0接口，很方便的存储数据。本系统具有采样速率高、传输速度快、处理能力强等特点，能满足某些场合数据采集处理的要求，具有一定的应用价值。
参考文献
[1] SEED-DEC28335用户指南(Rev[1].A)[M].Texas Instruments
[2] 刘向宇. DSP嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲[M].电子工业出版社，2009.7.
[3] 徐科军，陶维青，汪海宁等.DSP及其电气与自动化工程应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.9.
[4] 苏奎峰，吕强，常天庆，张永秀. TMS320X281X DSP原理及C程序开发[M].北京航空航天大学出版社，2008.2.
作者简介
李兵祥(1983-)，男，山东临沂，西安石油大学在读硕士研究生。主要研究方向：工程测试技术。